插进水面的筷子在水面处变弯了；看上去浅浅的水池实际上要深许多；沙漠中出现了神秘的海市蜃楼，所有这些奇妙的现象都离不开一个简单的光学原理——光的折射。光在不同的环境中速度是不同的，而且在光从一个环境进入另一个环境时，前进的方向也会发生变化。比如下图，从水面进入空气时，光束在水面处会一分为二，一部分被反射，还有一部分继续向前，进入了空气中。而进入空气的光束的方向与原先的光束不在一条直线上，发生了一个小角度的偏转，这就被称为光的折射，偏转角度的大小与不同环境的密度有很大的相关性。

　　那么，细心的大家有没有发现一个极端情况，那就是如果从水中发出的光线与水面的夹角足够大，大到折射光束在偏转后竟然和水面平行了，那么此时就发生了一个全新的光学现象——光的全反射，也就是折射光束消失了，只有反射光束依然存在。全反射的好处就是光的能量几乎全部都会从发出的光束中转移到反射光束里，而不会让折射光束分走能量。

光的折射和全反射现象（来源：人教版八年级物理课本）

　　虽然在展示光的全反射现象时我们使用了直线来指代光的传播，但是为了进一步解释这些物理现象的本质原因时就需要用到光的波动理论了。也就是说，光的传播就像水波纹一样，为了保证在不同介质中所有波动的步调一致，就会发生折射现象，而当光的入射角度足够大时光波在界面处会发生干涉相消，使得折射光全部消失，从而发生了全反射现象。所有的这些现象都可以通过数学形式来表现和推导，而最基础的数学公式就是19世纪末由英国物理学家麦克斯韦提出的一组大名鼎鼎的方程组——麦克斯韦方程组。

　　基于全反射这一基本的光学原理，科学家们便发明了光纤。光纤是一个双层结构，由纤芯和包层构成，纤芯和包层的密度有微小的差异，光会在纤芯和包层的界面处发生全反射，于是光被限制在纤芯中，不会发生折射而进入包层中。所以，光在光纤中行进很长的距离后也不会发生很明显的减弱，光纤便成了光束前进的专用道路。我们现在所使用的网络，其主要道路便是由光纤构成的。携带着信息的光在光纤中以光速前进，于是距离不再是信息传递的阻碍。就在此刻，埋在地下或大洋深处的光纤中正奔跑着一束束光线，在我们点击电脑鼠标的一瞬间，这些光线便携带着信息抵达了我们的电脑。

光纤示意图（来源：浅析高功率光纤激光器http://www.haoliangtech.com/gqjgq.htm）

　　当然，要实现更为复杂的光纤传输，只凭这种简单的光纤结构是不够的，除此之外还有渐变折射率光纤、双包层光纤、光子晶体光纤等复杂结构光纤，以及基于光纤的各种功能器件，如光纤光栅、光隔离器等。同时，光在光纤中的传输也还存在模式的区别，光纤还有单模、多模等分类。但是，所有光纤传输光的基本原理都是基于光的全反射这一最基本的光现象。